T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b er   20 26 ,   p p .   1 7 7 9 ~ 1 7 9 4   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI :  1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 24 i 5 . 27815          1779       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //telko mn ika . u a d . a c. i d   Desig n and  i m ple m en tatio n of  an I o T - ba sed PLC - H M I trainer  for pneu m a ti c co ntrol sy ste m  e duc a tion        Cha irul  G a g a rin Iria nto ,   Sin g g i F a dly ,   E nd a ng   Dj ua na ,   Dia nin g   No v it a   Nur m a la   P u t ri,   T y a s   K a rt ik a   Sa ri,   G e m a   T a kb ir  Ya s ir    D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   I n d u st r i a l   T e c h n o l o g y ,   U n i v e r si t a s T r i sa k t i ,   J a k a r t a ,   I n d o n e si a         Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   21 ,  2 0 2 6   R ev i s ed   J u n   8 ,  2026   A cc ep ted   J u n   30 ,  2026       In d u strial  a u to m a ti o n   e d u c a ti o n   re q u ires   p ra c ti c a l  lea rn in g   m e d ia  th a t   in teg ra te  c o n tro l  sy ste m s,  v isu a l iza ti o n ,   a n d   p h y sic a l  p ro c e ss e s.  Ho w e v e r,   m a n y   p n e u m a ti c   train in g   sy st e m s  u se d   in   lab o ra t o ries   stil l  o p e ra te  a s  sta n d a lo n e   d e v ice s  a n d   lac k   s y ste m   in teg ra ti o n   a n d   re m o te  m o n it o rin g   c a p a b il it y .   T h is  stu d y   p re se n ts  th e   d e sig n   a n d   im p le m e n tatio n   o f   a n   in tern e t   o f   th in g s  (I o T ) - b a se d   p r o g ra m m a b le  lo g ic  c o n tro l ler  ( P L C)  a n d   h u m a n – m a c h in e   in terf a c e   (HMI )  train e r  f o r  p n e u m a ti c   c o n tro l  e d u c a t io n .   T h e   p ro p o s e d   p latf o rm   in teg ra tes   P L C  c o n tro l,   HMI   v isu a li z a ti o n ,   p n e u m a ti c   a c tu a to rs,  a n d   I o T   m o n it o rin g   w it h in   a   u n if ied   lea rn i n g   e n v iro n m e n t.   A  m o d u lar  P L C  so f t w a re   a r c h it e c tu re   w a s  d e v e lo p e d   to   su p p o rt   m u lt ip le  p n e u m a ti c   lea rn in g   sc e n a rio s  u s in g   a   sin g le  c o n tro l  p ro g ra m .   F u n c ti o n a l   tes ti n g   w a s  c o n d u c ted   to   v e rify   s y ste m   re li a b il it y ,   a c tu a to r  o p e ra ti o n ,   a n d   c o m m u n ica ti o n   p e rf o rm a n c e .   A n   e d u c a ti o n a l  e v a lu a ti o n   u sin g   p r e - tes t  a n d   p o st - tes t  a ss e ss m e n ts  w a s  a lso   p e rf o rm e d .   T h e   re su lt s  sh o w  th a t  t h e   d e v e lo p e d   train e r   o p e ra tes   a c c o rd in g   to   th e   i n ten d e d   d e sig n   s p e c if ic a ti o n s   a n d   im p ro v e s  stu d e n t  u n d e rsta n d in g .   T h e   a v e ra g e   stu d e n t  sc o re   in c re a se d   f ro m   6 2   in   th e   p re - tes t  to   8 4   i n   th e   p o st - tes t,   re p re se n ti n g   a n   im p ro v e m e n t  o f  a p p ro x im a tel y   3 5 . 5 %   in   lea rn in g   p e rf o r m a n c e .   T h e s e   re su lt s  d e m o n stra te   th a t  th e   p ro p o se d   P L C – HMI – I o T   train e r  e ff e c ti v e l y   su p p o rts   p ra c ti c a l  lea rn in g   in   p n e u m a ti c   a u to m a ti o n   e d u c a ti o n .   K ey w o r d s :   E d u ca tio n al  tr ai n er   k it   Hu m an   m ac h in e  i n ter f ac e   I n ter n et  o f   t h i n g s     P n eu m a tic  co n tr o l   P r o g r am m ab le  lo g ic  co n tr o ller   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sin g g i Fad l y   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Fac u lt y   o f   I n d u s tr ial  T ec h n o lo g y ,   U n iv er s itas   T r is ak ti   J ak ar ta,   I n d o n esia   E m ail: s in g g i.f ad l y @ tr is a k ti.a c. id       1.   I NT RO D UCT I O N   I n d u s tr ial  a u to m atio n   h as  b e co m e  a  f u n d a m en tal  co m p o n en t  o f   m o d er n   m a n u f ac t u r i n g   s y s te m s ,   w h er e  p r o g r a m m ab le  lo g ic  c o n tr o ller s   ( P L C s )   an d   h u m a n - m ac h i n e  i n ter f ac es  ( HM I s )   a r e  w id el y   u s ed   f o r   p r o ce s s   co n tr o l  an d   m o n i to r in g   [ 1 ] ,  [ 2 ] .   Am o n g   v ar io u s   a ctu atio n   tech n o lo g ie s ,   p n eu m atic  co n tr o l  s y s te m s   ar e  co m m o n l y   e m p lo y ed   in   au to m at io n   d u e  to   th eir   s i m p li cit y ,   s af et y ,   an d   co s t - e f f ec tiv en es s ,   m ak i n g   th e m   an   ess e n tia l  to p ic  in   e n g i n ee r i n g   ed u ca tio n ,   p ar ticu lar l y   i n   e lectr ical  en g in ee r i n g   an d   m ec h atr o n ics  p r o g r a m s   [ 3 ] .   I n   ed u ca tio n al  lab o r ato r ies,  p n eu m at ic  tr ai n er s   ar e  t y p ic all y   u s ed   to   i n tr o d u ce   b asic   c o n ce p ts   o f   ac tu ato r   co n tr o l,  s en s o r   in te g r atio n ,   a n d   P L C - b ased   s eq u e n tial  lo g ic  [ 4 ] .   Ho w e v er ,   m o s t  av a ilab le  t r ain er s   s t ill  o p er ate  in   i s o latio n   w it h   li m ited   ca p a b ilit ies  f o r   s y s te m   in teg r atio n   an d   r ea l - t i m e   m o n ito r in g .   C o n s eq u e n tl y ,   s tu d e n ts   o f ten   f ac e  d i f f ic u lt ies  i n   u n d er s tan d i n g   th e  i n ter ac tio n   b et w e en   co n tr o l  d ev ice s ,   co m m u n ic atio n   s y s te m s ,   a n d   d ata  v is u aliza t io n   p lat f o r m s ,   w h ic h   ar e  in cr ea s in g l y   i m p o r tan t  i n   m o d er n   au to m atio n   s y s te m s   [ 5 ] .   T h is   li m ita tio n   cr ea tes  a  p ed a g o g i ca l  g ap ,   w h er e  s tu d e n ts   lear n   is o lated   co n tr o l  co n ce p ts   w it h o u t  u n d er s ta n d in g   in te g r ated   au to m at io n   ar ch i tec tu r es c o m m o n l y   i m p le m en ted   in   I n d u s tr y   4 . 0   en v ir o n m en t s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 7 7 9 - 1794   1780   T h e  r ap i d   ad v an ce m e n t  o f   in t er n et  o f   th i n g s   ( I o T )   tech n o lo g y   h as  s i g n i f ican tl y   i n f lu e n ce d   in d u s tr ia l   au to m at io n   b y   en ab li n g   r e m o t e  m o n i to r in g ,   d ata  ac q u is itio n ,   an d   s y s te m   co n n ec ti v it y   [ 6 ] .   T h e  in te g r atio n   o f   I o T   w ith   P L C   a n d   HM I   s y s te m s   allo w s   p r o ce s s   v ar iab les  a n d   s y s te m   s tat u s   to   b e  ac ce s s ed   r em o tel y ,   th er eb y   en h a n ci n g   s y s te m   f le x ib ilit y   a n d   tr an s p ar en c y .   I n   t h e  ed u ca t io n al  co n te x t,  I o T - b ased   tr ain er   k its   ca n   p r o v id e  a  r ich er   lear n i n g   ex p er ien c e,   in cl u d in g   r e m o te  o b s e r v atio n ,   lear n i n g   p r o ce s s   an al y s i s ,   an d   a  b ette r   u n d er s ta n d in g   o f   a u to m atio n   a r ch itect u r e  an d   co m m u n icatio n   p r o to co ls   [ 7 ] .   A lt h o u g h   in ter est  i n   I o T - b ased   au to m atio n   co n ti n u e s   to   g r o w ,   r esear ch   s p ec i f icall y   ad d r ess i n g   t h e  d ev elo p m en t   o f   a n   I o T - in te g r ated   P L C - H MI   tr ain er   k it  f o r   p n eu m a tic  s y s te m   ed u ca ti o n   r e m ai n s   li m ited .   Mo s t  p r ev io u s   s tu d ie s   h av e  f o cu s ed   o n   s o f t w ar e  s i m u latio n s   o r   in d u s tr ial  s ca le  i m p le m en tatio n s ,   w h ic h   ar e  n o t  f u ll y   al ig n ed   w it h   th e  n ee d s   o f   ed u ca tio n al  lab o r ato r ies  in   ter m s   o f   co s t,  co m p lex it y ,   a n d   d ir ec t   in ter ac tio n   w i th   r ea l  h ar d w ar e.   Fu r th er m o r e,   m an y   ex is ti n g   ed u ca tio n a l  tr ain er   s y s te m s   e m p lo y   s ep ar ate   co n tr o l  p r o g r am s   f o r   d if f er en t  lear n in g   s ce n ar io s ,   r esu lti n g   in   in cr ea s ed   s o f t w ar e  co m p l ex it y   a n d   r ed u ce d   lear n in g   co n tin u it y .   I n   ad d it io n ,   I o T   in teg r atio n   in   m o s t   p r ev io u s   w o r k s   is   p r i m a r il y   o r ien ted   to w ar d   in d u s tr ial  m o n ito r i n g   p u r p o s es,  r ath er   th a n   b ei n g   e x p licitl y   d esig n ed   to   s u p p o r t  s tr u ct u r ed   lear n in g   p r o ce s s es ,   s ce n ar io - b ased   e x p er i m e n tati o n ,   an d   ed u ca tio n al  ev a lu at i o n   [ 8 ] ,  [ 9 ] .   Ov er all,   p r ev io u s   w o r k s   ten d   to   e m p h a s ize  eith er   i n d u s tr ial  d ep lo y m e n t  o r   s i m u latio n - b ased   ap p r o ac h es,  w i th   li m ited   atte n tio n   to   in teg r ated ,   h ar d w ar e - b ased   ed u ca tio n al  tr ain er s   t h at  co m b in e   P L C ,   HM I ,   p n eu m atic  s y s te m s ,   a n d   I o T   w ith in   a   s tr u ct u r ed   p ed ag o g ical  f r a m e w o r k .   T h e r ef o r e,   th er e  is   a  n ee d   f o r   a n   ed u ca tio n al  tr ai n er   th at  in t eg r ates  p n e u m atic   co m p o n e n t s ,   P L C – HM I   co n tr o l,  an d   s tr u ct u r ed   I o T - b ased   m o n ito r i n g   w it h in   a  lear n i n g - o r ien ted   d esig n .   T o   th e  b est  o f   t h e  a u th o r s ’   k n o w led g e,   n o   p r io r   s tu d y   h as  c o m p r e h en s iv e l y   d e v elo p ed   an d   v alid ated   an   I o T - in te g r ated   P L C – HM I   p n e u m atic  tr ai n er   s p ec i f icall y   d esig n ed   w it h   m o d u lar   co n tr o l  ar ch itect u r e  an d   ed u ca tio n al - o r ien ted   I o T   m o n ito r in g   f o r   s tr u c tu r ed   lab o r ato r y   lear n in g .   T h is   p ap er   c o n tr ib u tes  to   th r ee   m ai n   asp ec ts ,   n a m el y   th e  d ev elo p m en t  o f   a  lo w - co s t  I o T - in teg r at ed   P L C – HM I   p n eu m atic  tr ain er   k it  b ased   o n   r ea l  h ar d w ar e  i m p le m e n tatio n ,   th e  in tr o d u ctio n   o f   a  m o d u la r   s in g le - p r o g r a m   P L C   ar ch i tectu r e  s u p p o r tin g   m u ltip le  lear n in g   s ce n ar io s   t h r o u g h   HM I   s elec t io n ,   a n d   t h e  i m p le m en tat io n   o f   ed u ca t io n al - o r ie n ted   I o T   m o n ito r i n g   d esi g n ed   n o t o n l y   f o r   v is u aliza t io n   b u t a l s o   f o r   lear n in g   s u p er v i s io n   an d   as s es s m en t.   T h e   p r o p o s ed   s y s te m   is   al s o   alig n ed   w ith   th e  r esear c h   s c o p e  o f   telec o m m u n icatio n ,   el ec tr o n ics ,   co n tr o l,  an d   co m p u ti n g   s y s te m s .   T h e  in teg r atio n   o f   P L C   co n tr o l  ( co n tr o l  en g in ee r in g ) ,   HM I   v is u aliza tio n   ( e m b ed d ed   co m p u t in g   i n ter f ac e) ,   an d   I o T   co m m u n icati o n   ( telec o m m u n ica tio n   n et wo r k s )   r ep r esen ts   a   m u ltid is cip li n ar y   a u to m atio n   ar ch itectu r e.   T h er ef o r e,   th e   d ev elo p ed   tr ain er   n o t  o n l y   s u p p o r ts   p n eu m atic   co n tr o l  ed u ca tio n   b u t  a ls o   i n t r o d u ce s   s tu d e n ts   to   i n te g r ated   c y b er - p h y s ica l  s y s te m s   co m m o n l y   i m p le m en ted   in   m o d er n   i n d u s tr ial  au to m ati o n   en v ir o n m en t s .   T h is   s tu d y   p r esen ts   th e  d esi g n   an d   i m p le m en tatio n   o f   an   I o T - b ased   P L C   an d   HM I   tr ain er   k it  f o r   p n eu m atic  co n tr o l  s y s te m   e d u ca tio n .   T h e  p r o p o s ed   s y s t e m   i n te g r ates  a   Hai w ell   P L C   a n d   HM I   w it h   p n eu m atic  ac tu ato r s   an d   I o T   co m m u n icatio n   to   s u p p o r t  p r ac tical  lear n i n g   a n d   r e m o te   m o n ito r in g .   T h e  tr ai n er   k it  i s   d esi g n ed   to   f ac ilit ate   b asic  lear n in g   s ce n ar io s ,   in cl u d in g   m a n u al  a n d   au to m atic   c o n tr o l,  s en s o r - b ased   in ter lo ck i n g ,   an d   r ea l - ti m e  s y s te m   v is u aliza t io n .   F u n c tio n al  t esti n g   a n d   ed u ca tio n a l  ev al u at io n   ar e  co n d u cte d   to   d em o n s tr ate  t h e  f ea s ib ilit y   a n d   ef f ec ti v e n es s   o f   t h e  tr ain er   k it  a s   a  lear n i n g   to o l  f o r   au to m at io n   an d   m ec h a tr o n ics co u r s es.    C o m p ar ed   to   p r ev io u s l y   d ev e l o p ed   P L C   tr ain er   k its   an d   I o T - b ased   au to m at io n   tr ain er s   [ 1 ]   ,  [ 5 ] ,  [ 6 ] ,  th e  p r o p o s ed   s y s te m   o f f er s   s e v er al  d is ti n cti v e  co n tr ib u tio n s .   First,  m o s t  e x is t in g   ed u ca t io n al  tr ai n er s   eit h er   f o cu s   o n   P L C – p n eu m atic  co n tr o l  w ith o u t  I o T   in teg r atio n   o r   im p le m e n t  I o T   p r im ar il y   f o r   in d u s tr ial - s t y le   m o n ito r i n g   p u r p o s es.  I n   co n tr ast,  th e  p r o p o s ed   tr ain er   in teg r ates  P L C ,   HM I ,   p n eu m atic   h ar d w ar e,   an d   I o T   w it h i n   a  s tr u ct u r ed   ed u ca tio n al  ar ch itect u r e  s p ec if icall y   d e s ig n ed   f o r   p r o g r ess i v e  lab o r ato r y   lear n in g   r at h er   th an   in d u s tr ial  d ep lo y m en t.  Seco n d ,   u n lik e  m a n y   p r ev io u s   tr ai n er   s y s te m s   t h a t  r eq u ir e  s ep ar ate  P L C   p r o g r am s   f o r   d if f er en t  lear n i n g   s ce n ar io s ,   th is   w o r k   in tr o d u ce s   a  s i n g le  m o d u lar   P L C   co n tr o l  p r o g r a m   ca p ab le  o f   ex ec u ti n g   m u lt ip le  p n eu m atic  s ce n ar io s   t h r o u g h   H MI - b ased   s ce n ar io   s ele ctio n .   T h is   u n i f ied   ar ch itect u r e  f u n d a m e n tall y   r ed u ce s   s o f t w ar e  r ed u n d an c y ,   en h a n ce s   p r o g r a m   r ea d ab ilit y ,   a n d   s u p p o r ts   s tr u ct u r ed   p ed ag o g ical  p r o g r e s s io n .   T h ir d ,   I o T   in teg r atio n   i n   t h is   w o r k   is   n o t  o n l y   in ten d ed   f o r   v is u aliza tio n   b u t  also   ex p licitl y   d esi g n ed   t o   s u p p o r t  lea r n in g   ass es s m en t  an d   lab o r at o r y   s u p er v is io n .   Selecte d   v ar iab les  s u c h   as  ac tu ato r   s tatu s   an d   c y cle  co u n t s   ar e  tr an s m it ted   f o r   r em o te  m o n ito r i n g   to   en h a n ce   in s tr u ct io n al   tr an s p ar en c y .   T h er ef o r e,   th e  m ai n   n o v el t y   o f   t h i s   r esear ch   lies   n o t  m er el y   in   s y s te m   i n t eg r atio n ,   b u t  i n   th e   p ed ag o g icall y   s tr u ctu r ed   m o d u lar   co n tr o l  ar ch itect u r e  co m b in ed   w it h   ed u ca tio n al - o r ien t ed   I o T   m o n ito r in g ,   s p ec if icall y   tailo r ed   f o r   p n eu m atic  co n tr o l e d u ca tio n .         2.   RE S E ARCH   M E T H O D    T h is   s tu d y   e m p lo y ed   a  d ev elo p m e n t  an d   v alid atio n   ap p r o ac h   to   d esig n ,   i m p le m e n ta tio n ,   an d   ev alu a tio n   o f   a n   I o T - in te g r ate d   P L C – HM I   p n eu m atic  tr ai n e r   f o r   ed u ca tio n al  ap p licatio n s .   T h e  r esear ch   w as   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   a n   I o T - b a s ed   P LC - HMI   tr a in er fo r   …  ( C h a ir u l G a g a r in   I r ia n to )   1781   co n d u cted   s y s te m atica ll y   to   en s u r e  tech n ical  r eliab ilit y ,   r ep r o d u cib ilit y ,   an d   p ed ag o g ical  r elev an ce .   T h e  m et h o d o lo g ical  f r a m e w o r k   i n teg r ate s   en g i n ee r i n g   d esi g n   p r o ce d u r es  w i th   i n s tr u ctio n al  co n s id er atio n s   to   s u p p o r t stru ct u r ed   lab o r ato r y   lear n in g .   T h e  r esear ch   p r o ce s s   b eg a n   w it h   r eq u ir e m e n t  a n al y s i s   a n d   s y s te m   s p ec if icat io n ,   w h er e  ed u ca tio n al   n ee d s ,   lab o r ato r y   co n s tr ain ts ,   an d   f u n c tio n al  o b j ec tiv es  w e r e   id en tif ied .   B ased   o n   th ese  s p ec if icatio n s ,   th e   h ar d w ar e  a n d   s o f t w ar e  ar ch i tectu r es  w er e  d es ig n ed ,   in c l u d in g   t h e  s e lectio n   o f   P L C ,   HM I ,   p n eu m atic   co m p o n e n t s ,   an d   I o T   co m m u n icatio n   m o d u les.  T h e  s y s te m   w as  t h en   i m p le m e n ted   an d   in teg r ated   to   en ab le   co o r d in ate d   o p e r atio n   b et w ee n   co n tr o l h ar d w ar e,   v is u aliza t i o n   in ter f ac es,  an d   r e m o te  m o n ito r in g   f ea t u r es.   Fo llo w i n g   i m p le m en tatio n ,   f u n ct io n al  test i n g   w a s   co n d u cted   to   ev alu ate  s y s te m   p er f o r m a n ce ,   r eliab ilit y ,   an d   co m m u n icatio n   s tab ilit y .   S u b s eq u e n tl y ,   an   e d u ca tio n a l  e v alu a tio n   w a s   p er f o r m ed   to   ass es s   t h e  ef f ec tiv e n e s s   o f   th e  tr ai n er   k it   in   s u p p o r tin g   lear n i n g   o u tco m es  i n   p n e u m atic  co n tr o l  an d   au to m at io n   co u r s e s .   B y   co m b i n i n g   tech n ical  v alid atio n   w i th   p ed ag o g ical  as s es s m en t,  th is   m eth o d o lo g ical  ap p r o ac h   en s u r es  th a t  th e  p r o p o s ed   tr ain er   is   n o t o n l y   o p er atio n all y   f ea s ib le  b u t a l s o   ed u ca tio n all y   m ea n i n g f u l.     2 . 1 .     E du ca t io na l sy s t e m   a rc hite ct ure    T h e  b lo ck   d iag r a m   o f   t h e  p r o p o s ed   tr ain er   k it  ed u ca tio n a l  s y s te m   is   d esi g n ed   to   s u p p o r t  s tr u ct u r ed   lear n in g   in   p n e u m atic  co n t r o l  th r o u g h   d ir ec t  in ter ac ti o n   w it h   r ea l  h ar d w ar e  an d   a  co m p r eh en s i v e   u n d er s ta n d in g   o f   s y s te m   in te g r atio n .   I n   a u to m at io n   ed u ca t io n ,   s y s te m   ar c h itect u r e  p la y s   a  cr u cial  r o le  as  a  b r id g e  b et w ee n   t h eo r etica l  co n ce p ts   a n d   p r ac tical  i m p le m e n tatio n   b y   clea r l y   d ef i n i n g   th e  f u n ctio n s   a n d   d ata   f lo w s   a m o n g   s y s te m   co m p o n en ts   [ 1 0 ] .   T h e  p r o p o s ed   ar ch itectu r e  ad o p ts   a  lay er ed   ed u c atio n al  f r a m e w o r k ,   w h ic h   is   co m m o n l y   u s ed   in   au to m at io n   lear n i n g   s y s te m s   to   s i m p li f y   s y s te m   co m p r e h e n s io n   an d   s u p p o r t  m o d u lar   lear n i n g   [ 1 1 ] .   T h is   ap p r o ac h   en ab les  lear n er s   to   s tu d y   ea ch   s u b s y s te m   i n d ep en d en tl y   w h ile   u n d er s ta n d in g   th e ir   in ter co n n ec tio n s   w i th i n   th e  o v er all   co n tr o l  s y s te m .   T h e  lay er e d   ar ch itectu r e  w as   d elib er ately   s elec ted   to   e n h an ce   p ed ag o g ical  clar it y ,   s i m p l i f y   tr o u b les h o o tin g   p r o ce s s e s ,   an d   allo w   s ca lab le  ex p an s io n   o f   ad d itio n al  lear n i n g   m o d u le s   w it h o u t  m o d i f y in g   th e  e n tire   s y s te m   s tr u ct u r e.   T h e  p n eu m atic  s y s te m   r ep r esen t s   th e  p h y s ical  p r o ce s s   o f   th e  s y s te m ,   co n s is t in g   o f   p n eu m ati c   c y li n d er s ,   s o len o id   v alv e s ,   a  co m p r es s ed   air   s u p p l y   u n i t,  a n d   c y li n d er   p o s itio n   s en s o r s .   T h is   la y er   e n ab les  lear n er s   to   d ir ec tly   o b s er v e   ac tu ato r   b eh av io r   in   r esp o n s e  to   co n tr o l  s ig n al s ,   w h i ch   is   ess e n tial  f o r   u n d er s ta n d in g   th e  r elatio n s h ip   b etw ee n   elec tr ical  co n tr o l  an d   m ec h a n ical  m o t io n   in   p n eu m atic  s y s te m s   [ 1 2 ] .  T h e  u s e  o f   r ea l  p n eu m a tic  co m p o n e n t s   h a s   b ee n   s h o wn   to   en h a n ce   lear n i n g   o u tc o m e s   co m p ar ed   to   s i m u lat io n - o n l y   ap p r o ac h es   [ 1 3 ] .    T h e  co n tr o l  s y s te m   co n s i s ts   o f   a  P L C   th a t  s er v e s   as  th e  m ai n   p r o ce s s in g   u n it.  T h e  P L C   r ec ei v es   in p u t  s i g n al s   f r o m   s e n s o r s   a n d   ex ec u te s   co n tr o l lo g ic  to   g e n e r ate  o u tp u t si g n als  th at  d r i v e  t h e  s o le n o id   v al v es.  I n   ed u ca tio n al  e n v ir o n m e n t s ,   P L C - b ased   co n tr o l  ar ch i tec tu r es  ar e  w id el y   u s ed   b ec au s e  th e y   r ep r esen t   in d u s tr ial  p r ac tice  w h ile  r e m a in i n g   s u i tab le  f o r   lab o r ato r y - s ca le  lear n in g   [ 1 4 ] .   T h r o u g h   th is   s y s te m ,   lear n er s   ca n   s t u d y   s eq u en t ial  co n tr o l,  i n ter lo ck   lo g ic,   an d   s y s te m   b eh av io r   an al y s i s   ac r o s s   v ar io u s   o p er atin g   m o d es.   T h e  HM I   p r o v id es  a  lo ca l  in ter ac tio n   an d   v is u aliza tio n   m ed iu m   f o r   th e  s y s te m   s ta tu s .   T h e  HM I   d is p la y s   r ea l - ti m e  in f o r m at io n   s u c h   as  ac t u ato r   p o s itio n s ,   s en s o r   s ta t u s e s ,   an d   o p er atin g   m o d es,  en ab li n g   lear n er s   to   co r r elate   th e  P L C   p r o g r am   lo g ic  w i th   s y s te m   r esp o n s es.  T h e  in teg r atio n   o f   HM I   in   ed u ca tio n a l   tr ain er s   h a s   b ee n   s h o w n   to   en h a n ce   s t u d en t s ’   u n d er s tan d i n g   o f   s y s te m   m o n ito r in g   co n ce p ts   an d   h u m a n – m ac h in e  i n ter ac tio n   [ 1 5 ] .   T h e  I o T   ex ten d s   th e  f u n ct i o n alit y   o f   th e  tr ai n er   k it  b y   e n ab li n g   s e lecte d   s y s te m   d ata  to   b e   tr an s m itted   to   a  r e m o te  m o n ito r in g   p latf o r m .   U n li k e  in d u s tr ial  I o T   im p le m e n tati o n s   th a t  f o cu s   o n   p er f o r m a n ce   o p ti m izatio n ,   th e   I o T   in teg r atio n   in   t h is   tr ain er   is   s p ec if icall y   d esig n ed   f o r   ed u ca tio n al  p u r p o s es,   e m p h a s izi n g   d ata  v i s ib ilit y   a n d   s u p p o r t  f o r   lear n in g   ev al u ati o n   [ 1 6 ] .   R e m o te  m o n i to r in g   allo w s   i n s tr u cto r s   to   o b s er v e  lab o r ato r y   ac tiv ities   an d   p r o v id es  s tu d e n ts   w i th   a d d itio n al  in s ig h t s   in to   s y s te m   b eh a v io r   w ith o u t   r eq u ir in g   co n s ta n t d ir ec t in ter ac tio n   w it h   th e  p h y s ica l d ev ic e.     I n   th e  p r o p o s ed   a r ch itectu r e,   d ata  f lo w   f o llo w s   a  s tr u ct u r ed   clo s ed - lo o p   co n tr o l  m ec h a n is m .   Sen s o r   s ig n al s   f r o m   t h e  p n e u m atic  la y er   ar e  tr an s m itted   to   t h e  P L C   i n p u t  m o d u le s ,   w h er e  th e   l ad d er   lo g ic  p r o g r a m   p r o ce s s es  th e  s i g n als  ac co r d in g   to   th e  s elec ted   o p er atin g   s ce n ar io .   T h e  P L C   th e n   g e n er ates   o u tp u t  co m m an d s   to   ac tu ate  th e  s o len o id   v al v es ,   r esu ltin g   i n   m ec h an ical  m o ti o n   o f   th e  c y li n d er s .   Si m u ltan eo u s l y ,   o p er atio n a l   v ar iab les  s u c h   as  ac t u ato r   s tatu s ,   c y cle  co u n ter s ,   an d   o p er atin g   m o d es  ar e  tr an s m itted   to   th e  HM I   f o r   r ea l - ti m e  v is u aliza tio n .   Selecte d   d ata  v ar iab les  ar e  f u r th er   f o r w ar d ed   to   th e  I o T   p latf o r m   th r o u g h   a  d ef in ed   co m m u n icatio n   in ter f ac e,   en ab lin g   r e m o te  o b s er v atio n   a n d   lo g g in g .   T h is   s tr u ct u r ed   d ata  f lo w   e n s u r e s   s y n ch r o n izatio n   b et w ee n   p h y s ical  p r o ce s s e s ,   co n tr o l  lo g ic  ex ec u tio n ,   u s er   i n ter ac t io n ,   an d   r e m o te   m o n ito r i n g ,   t h er eb y   r e f lecti n g   a  s i m p li f ied   b u t  r ea li s tic  in d u s tr ial  au to m atio n   ar ch ite ctu r e  s u itab le  f o r   lab o r ato r y   i m p le m e n tatio n .     C o m m u n ica tio n   b et w ee n   t h e   P L C   an d   HM I   is   estab lis h ed   u s in g   an   i n d u s tr ial  co m m u n icat io n   p r o to co l   to   en s u r e  r eliab le  r ea l - ti m e  d ata  ex ch a n g e.   Me an wh ile,   I o T   d ata   tr an s m i s s io n   u ti lizes  a  lig h t w eig h t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 7 7 9 - 1794   1782   co m m u n icatio n   m ec h a n is m   s u itab le  f o r   lab o r ato r y - s ca le   m o n ito r in g ,   en s u r i n g   lo w   laten c y   a n d   s tab le   co n n ec ti v it y   d u r i n g   p r ac tical  s ess io n s .   T h e  in te g r atio n   o f   t h ese   s u b s y s te m s   r es u lt s   i n   a   m o d u la r   ed u ca tio n al   s y s te m   ar c h ite ctu r e  t h at   s u p p o r ts   f u n d a m en ta l  lear n in g   o b j ec tiv es  in   p n eu m atic  co n tr o l,  P L C   p r o g r a m m in g ,   HM I   d esig n ,   an d   I o T   co n ce p t  in tr o d u ctio n .   T h e  p r o p o s e d   ar ch itectu r e  e m p h asi ze s   clar it y   o f   s tr u ct u r e,   ea s e  o f   lear n i n g ,   an d   ed u ca tio n al  r elev a n ce ,   w it h o u t   p r io r itizin g   in d u s tr ial  s y s te m   co m p le x it y ,   as ill u s tr ated   in   Fi g u r e  1 .             Fig u r e  1 .   A r ch itectu r e  o f   t h e  e d u ca tio n al  tr ai n er   s y s te m         2 . 2 .     H a rdwa re   des ig n   T h e  h ar d w ar e  d esig n   o f   t h e   p r o p o s ed   tr ain er   k it  is   d ev elo p ed   to   s u p p o r t  lear n in g   a ctiv itie s   in   p n eu m atic  co n tr o l,  P L C   p r o g r a m m in g ,   a n d   u n d er s tan d i n g   o f   s y s te m   i n te g r atio n .   T h e  s el ec tio n   o f   h ar d w ar e  co m p o n e n t s   p lace s   g r ea ter   e m p h a s is   o n   ed u ca tio n al  s u ita b ilit y ,   m o d u lar it y ,   s af et y   asp e cts,  an d   ea s e  o f   u s e,   r ath er   th a n   o n   t h e  p er f o r m a n c e  r eq u ir e m en ts   o f   lar g e - s ca le  i n d u s tr ial  s y s te m s .   Su c h   d esi g n   co n s id er atio n s   ar e   co m m o n l y   ap p lied   in   au to m at io n   tr ain er   s y s te m s   to   ac h ie v e   o p tim al  lear n in g   o u tco m es  [ 1 7 ] ,   as  illu s tr a ted   in   Fig u r e  2 .             Fig u r e  2 .   E d u ca tio n al  s y s te m   d esig n   o f   t h e  tr ain er   k i t        T h e  m ai n   co m p o n e n t  o f   th e  tr ain er   k it  is   th e  Hai w ell  A T 1 6 S0 R   P L C ,   w h ic h   f u n ctio n s   as  th e  ce n tr al   co n tr o l  u n it.  T h is   P L C   is   eq u ip p ed   w it h   a  s u f f icie n t  n u m b e r   o f   d ig ital  in p u t  a n d   o u tp u t  ch an n el s   to   s u p p o r t  b asic  p n eu m atic  co n tr o l  ex p e r i m en ts ,   s u ch   a s   s eq u e n tial  c o n tr o l  an d   s en s o r - b ased   in ter l o ck in g .   P L C - b ased   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   a n   I o T - b a s ed   P LC - HMI   tr a in er fo r   …  ( C h a ir u l G a g a r in   I r ia n to )   1783   h ar d w ar e  p lat f o r m s   ar e  w id e l y   u s ed   in   ed u ca tio n al  lab o r ato r ies  b ec au s e  t h e y   ca n   r ep r esen t  r ea l  co n tr o l   s y s te m s   w h ile  r e m a i n i n g   ea s y   f o r   s tu d e n ts   to   lear n .   T h e  Hai w ell  P L C   w a s   s elec ted   d u e  to   it s   i n teg r ated   E th er n et  co m m u n icat io n   ca p a b ilit y ,   co s t - e f f ec tiv e n es s   co m p ar ed   to   m ai n s tr ea m   i n d u s tr ia l  P L C   b r an d s ,   an d   s u itab il it y   f o r   ed u ca tio n al  lab o r ato r y   d ep lo y m e n t.  W h ile  p r e m i u m   i n d u s tr ial  P L C   b r an d s   s u c h   as  Sie m e n s   o r   O m r o n   o f f er   ad v a n ce d   f ea t u r es,  th e ir   h i g h er   co s t  a n d   co m p lex i t y   ar e  n o t  n ec es s ar y   f o r   b asic  p n eu m atic   co n tr o l  ed u ca tio n .   T h e  s elec ted   m o d el  p r o v id es  s u f f i cien t  d ig ital  i n p u t /o u tp u t   ( I /O )   ca p ac ity   an d   co m m u n icatio n   s u p p o r t  f o r   l ab o r ato r y - s ca le  e x p er i m e n ts   w it h o u t  r eq u ir i n g   ad d itio n al  ex p an s io n   m o d u le s .   T h is   s elec tio n   al s o   r ed u ce s   th e  o v er all  s y s te m   co s t  co m p ar ed   to   h i g h - e n d   in d u s tr ial   P L C   p latf o r m s ,   m ak in g   th e  tr ain er   m o r e  f ea s ib le  f o r   ed u ca tio n al  in s tit u tio n s   w ith   li m i ted   lab o r ato r y   b u d g ets.  T h e  P L C   o p er ates  at   2 4   v o lts   d ir ec t  cu r r en t   ( VDC )   w i th   a  d ig ital  in p u t  an d   r ela y   o u tp u t  co n f i g u r atio n ,   w h ic h   is   co m m o n l y   u s ed   in   lab o r ato r y - s ca le  a u to m at io n   s y s te m s .   T h e  P L C   p r o v id es   8   d ig ital  in p u t  c h an n el s   an d   8   r el a y   o u tp u t  c h an n el s ,   w h ic h   ar e  s u f f icie n t  to   i m p lem en t  m u ltip le  p n eu m atic  lear n in g   s ce n ar io s ,   in cl u d in g   s eq u en tial  co n tr o l,  s en s o r   in ter lo ck i n g ,   an d   m o d e  s w itc h in g ,   w i th o u t r eq u ir in g   ad d itio n al  ex p an s io n   m o d u les.   A   7 - i n c h   Hai w ell  HM I   is   i n te g r ated   to   p r o v id e  lo ca l   v is u a li za tio n   an d   in ter ac tio n   w it h   th e  s y s te m .   T h r o u g h   th e  HM I ,   u s er s   ca n   m o n ito r   s y s te m   co n d itio n s ,   s u ch   as  s en s o r   s tatu s   an d   ac tu at o r   p o s itio n s ,   as  w el l   as  o p er ate  th e  tr ain er   in   b o th   m an u al  a n d   au to m atic  m o d es.  T h e  u s e  o f   HM I   in   ed u ca tio n al  tr ain er s   h as  b ee n   p r o v en   to   en h a n ce   s t u d en t s ’   u n d er s tan d i n g   o f   s y s te m   m o n it o r in g   co n ce p ts   a n d   co n tr o l  in t er f ac es  [ 1 8 ] .   T h e  7 - in ch   to u c h s cr ee n   s ize  w a s   s e lecte d   to   p r o v id e  ad eq u ate  v i s u aliza tio n   s p ac e  f o r   ac tu a to r   in d icato r s ,   lad d er   s tatu s   f ee d b ac k ,   a n d   o p er atin g   m o d e  s elec tio n   w h ile  m ain tai n in g   a f f o r d ab ilit y   a n d   co m p ac t p an el  in te g r atio n .   T h e  p n eu m atic  s u b s y s te m   co n s i s ts   o f   p n eu m atic  c y lin d er s ,   s o len o id   v alv es,  an   air   s u p p ly   u n i t,  an d   p o s itio n   s en s o r s .   Do u b le - ac ti n g   c y li n d er s   ar e  u s ed   to   d e m o n s tr ate  t w o - w a y   m o tio n   co n tr o l,  w h i le  th e   s o len o id   v al v es  ar e  d ir ec tl y   c o n tr o lled   b y   P L C   o u tp u t  s i g n als.  I n d u cti v e  p r o x i m it y   s e n s o r s   ar e  in s talled   to   d etec t  th e  ac tu a to r   s tatu s   an d   p r o v id e  f ee d b ac k   to   th e  P L C .   I n d u cti v e  p r o x i m it y   s en s o r s   wer e  s elec ted   d u e  to   th eir   n o n - co n tac t  o p er atio n ,   d u r ab ilit y ,   an d   f ast  r esp o n s e  ti m e  co m p ar ed   to   m ec h a n ica l  li m it  s w it c h es.  I n   ed u ca tio n al  e n v ir o n m en t s ,   t h i s   r ed u ce s   m ec h an ica l  w ea r   an d   m in i m izes  m ai n te n an ce   w h i le  en s u r i n g   r eliab l e   r ep etitiv e  ex p er i m e n tatio n .   T h e  s en s o r s   o p er ate  at  2 4   VD C   w it h   a   n eg at iv e - p o s iti v e - n e g ati v e   ( NP N )   o u tp u t   co n f i g u r atio n   co m p atib le  w it h   th e  P L C   d i g ital i n p u t  m o d u le.     T h e  u s e  o f   r ea l  p n e u m a tic  c o m p o n en t s   allo w s   s t u d en t s   t o   o b s er v e  th e  p h y s ical  r esp o n s e  o f   t h e   s y s te m   d ir ec tl y ,   w h ic h   is   e s s e n tial  f o r   lear n i n g   th e  p r i n cip les o f   p n e u m atic  co n tr o l  [ 1 9 ] .   T o   s u p p o r t I o T - b ased   m o n ito r i n g   i n   an   ed u ca tio n a l  co n tex t,  th e  tr ai n er   k it  is   eq u i p p ed   w it h   co m m u n icatio n   in te r f ac e  m o d u les,  s u c h   as  E th er n et  o r   w ir eles s   f id elit y   ( Wi - Fi ) ,   co n n ec ted   to   t h e  P L C .   T h ese  m o d u les  e n ab le  th e  tr a n s m is s io n   o f   s elec ted   s y s te m   v ar iab les  to   an   I o T   p latf o r m   f o r   r e m o t e  o b s er v atio n .   I n   ed u ca tio n a l  ap p licatio n s ,   th e   co m m u n icatio n   m o d u le  is   m o r e  f o cu s ed   o n   s y s te m   v i s u aliza tio n   a n d   lear n i n g   as s ess m en t   r ath er   t h a n   p er f o r m a n ce   o p ti m izatio n   [ 2 0 ] .   T h e  co m m u n icatio n   b et w ee n   th e  P L C   a n d   I o T   m o d u le  u t ilizes  a  lig h t w ei g h t   p r o to co l   s u itab le  f o r   lab o r ato r y   i m p le m e n tatio n ,   en s u r in g   s tab le  d ata  tr an s m is s i o n   w it h   m i n i m al  co n f i g u r atio n   co m p le x it y .   T h e  in p u t  co m p o n en t s   co n s is t   o f   p u s h   b u tto n s   f o r   s tar t  o p er atio n s   a n d   a  s elec to r   s w i tch   to   ch o o s e   b et w ee n   m an u al  an d   au to m at ic  m o d es,  w ith   ad d itio n al  r e la y   co n tr o l  in clu d ed   f o r   v o ltag e  s w itc h in g   w h e n   d ir ec t  cu r r en t   ( DC )   to   alter n atin g   cu r r e n t   ( AC )   co n v er s io n   is   r eq u ir ed .   I n d icato r   lig h ts   ar e  also   ad d ed   as  o u tp u t  co m p o n e n ts   to   p r o v id e  v is u a l  f ee d b ac k   o n   s y s te m   p er f o r m a n ce .   E lectr ical  p r o t ec tio n   m ec h an i s m s   w er e  in co r p o r ated ,   in clu d in g   cir cu it  b r ea k er s   an d   r ela y   is o l atio n   m o d u le s ,   to   p r ev en t  o v e r cu r r en t  an d   p r o tect   co n tr o l  cir cu its   f r o m   u n i n ten d ed   v o ltag e  ex p o s u r e.   A n   e m er g e n c y   s to p   f u n ct io n   w a s   also   i m p le m e n ted   to   en h a n ce   o p er atio n al  s a f et y   d u r in g   lab o r ato r y   s es s io n s .   A ll   h ar d w ar e  co m p o n en t s   ar e   m o u n ted   o n   t h e  tr ai n er   p an el   u s in g   ter m i n al  s o ck et s   a n d   c o n n ec to r s   th at  ar e  clea r l y   lab eled   to   en s u r e  s a f et y   a n d   ea s e  o f   o p er a tio n .   T h is   d esig n   ap p r o ac h   is   r ec o m m en d ed   f o r   ed u ca tio n al  tr ain er s   as  it  p r o m o tes  f lex ib il i t y   a n d   h an d s - o n   lear n i n g   [ 2 1 ] .   T h e  P L C   an d   HM I   in p u t/o u tp u t   ad d r ess es  ar e  p r esen ted   in   T a b les  1   an d   2 .   T h e  d etailed   h ar d w ar e  co n f i g u r atio n   an d   I /O   ad d r ess in g   tab les   allo w   o th er   r esear ch er s   a n d   ed u ca to r s   to   r e p licate  th e  p r o p o s ed   tr ain er   s y s te m   i n   s i m ilar   lab o r ato r y   en v ir o n m e n t s .       T ab le  1 .   P L C   I /O  ad d r ess     I n p u t   A d d r e ss   O u t p u t   A d d r e ss   S e n so r   S A -   X0   S o l e n o i d   A +   Y1   S e n so r   S A +   X1   S o l e n o i d   A -   Y0   S e n so r   S B -   X2   S o l e n o i d   B +   Y2   S e n so r   S B +   X3   S o l e n o i d   B -   Y3   A u t o   X4       M a n u a l     X5       P b   s t o p   X6       P b   s t a r t   X7       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 7 7 9 - 1794   1784   T ab le  2 .   HM I   I /O  a d d r ess     I n p u t   A d d r e ss   O u t p u t   A d d r e ss   A u t o   M1   M a n u a l   S o l e n o i d   A   M4   M a n u a l     M2   M a n u a l   S o l e n o i d   B   M5   P b   s t o p   M0       P b   s t a r t   M3           2 . 3 .     So f t w a re   des ig n    T h e  s o f t w ar e  d esi g n   o f   t h e  p r o p o s ed   tr ain er   s y s te m   in te g r at es  P L C   co n tr o l,  HM I   v i s u aliz atio n ,   an d   I o T - b ased   m o n i to r in g   to   s u p p o r t  p n eu m atic  a u to m a tio n   lea r n in g .   T h e  s o f t w ar e  ar ch i tect u r e  is   d e v elo p ed   to   co o r d in ate  ac tu ato r   c o n tr o l,  s y s te m   m o n ito r in g ,   an d   u s er   in ter ac tio n   w it h i n   an   in teg r ated   co n tr o l  en v ir o n m e n t.  T h e  co n tr o l p r o g r a m   is   i m p le m e n ted   u s i n g   t h e  Hai w ell  Hap p y   P L C   p r o g r a m m i n g   s o f t w ar e  w it h   th e  lad d er   d iag r a m   ( L D)   p r o g r a m m in g   lan g u a g e.   T h e  P L C   lo g ic  is   s tr u ct u r ed   in to   s ev er al  f u n ct io n al  s ec tio n s   r esp o n s ib le  f o r   in p u t  s i g n al  p r o ce s s in g ,   o p er atin g   m o d e  s elec tio n ,   s eq u e n tial  co n tr o l  ex ec u t io n ,   ac tu ato r   co m m a n d   g e n er atio n ,   an d   s af et y   i n ter lo c k in g .   T h is   s tr u ctu r ed   o r g an izatio n   allo w s   m u ltip le  p n e u m at ic  tr ain i n g   s ce n ar io s   to   b e   im p l e m en te d   w it h i n   a  s in g le  P L C   p r o g r a m   w h ile  m a in ta in i n g   p r o g r am   r ea d ab ilit y   an d   f ac ili tati n g   tr o u b le s h o o ti n g   d u r in g   lab o r ato r y   ac t iv i ties .   T h e  HM I   is   d ev elo p ed   u s in g   th e  Hai w ell  C lo u d   HM I   co n f ig u r atio n   s o f t w ar e.   T h r o u g h   t h e  HM I   i n ter f ac e,   u s er s   ca n   o b s er v e  s y s te m   co n d itio n s   in   r ea l  ti m e,   in cl u d in g   s en s o r   s tate s ,   ac tu ato r   p o s itio n s ,   a n d   th e   ac ti v e  o p er atin g   m o d e.   I n   ad d iti o n   to   v is u aliza tio n   f u n ctio n s ,   t h e  in ter f ac e  also   en ab les  u s er s   to   p er f o r m   co n tr o l  o p er atio n s   s u c h   as  s tar ti n g   o r   s to p p in g   t h e   s y s te m ,   s elec ti n g   m a n u al  o r   au to m at ic  o p er atio n   m o d es,  an d   ac tiv at in g   s p ec i f ic  ac t u at o r s   d u r in g   tr ai n i n g   ex er cises .   T h i s   i n ter ac ti v e  v is u aliza tio n   h elp s   s tu d e n ts   u n d er s tan d   t h e  r elatio n s h ip   b et w ee n   P L C   co n tr o l  lo g ic   an d   th e  r esu l tin g   p h y s ical  m o v e m e n t  o f   p n eu m at ic  ac tu ato r s .   T o   ex ten d   s y s te m   f u n ctio n alit y ,   I o T   co m m u n icatio n   i s   i m p le m en t ed   th r o u g h   t h e  E th er n e t  in te r f ac e  in te g r ated   in   th e  Hai well  P L C .   Selecte d   o p er atio n al  p ar am eter s ,   s u ch   as  ac tu a to r   s tatu s ,   ar e  tr a n s m itted   to   a n   I o T   m o n ito r in g   p latf o r m .   T h e   tr an s m itted   d ata  ca n   b e  ac ce s s ed   th r o u g h   th e  Hai w ell   L i n k   ap p licatio n   d ash b o ar d ,   allo w in g   r e m o t e   o b s er v atio n   o f   s y s te m   o p er atio n   d u r i n g   lab o r ato r y   s es s io n s .   T h e  i n teg r atio n   o f   P L C   co n tr o l,  HM I   v is u aliza t io n ,   an d   I o T   m o n ito r in g   f o r m s   a  u n i f ied   s o f t w ar e  f r a m e w o r k   th at  s u p p o r ts   b o t h   s y s te m   o p er atio n   an d   ed u ca tio n al  ac ti v it ies i n   p n eu m atic  a u to m atio n   tr ai n i n g ,   as illu s tr ated   in   F ig u r e  3 .           Fig u r e  3 .   So f t w ar e  ar ch itect u r e  o f   th e  P L C – HM I – I o T   in teg r ated   p n eu m a tic  tr ain er   s y s te m       T h e  I o T   co m m u n icat io n   ar c h i tectu r e  f o llo w s   a   clie n t – s er v e r   d ata  tr an s m i s s io n   m o d el.   T h e  Hai w ell   P L C   tr a n s m it s   s elec ted   o p er atio n al  v ar iab les  to   t h e  Hai w e ll  C lo u d   p lat f o r m   t h r o u g h   E th er n et  co m m u n icatio n   u s i n g   a  li g h t w eig h t  i n d u s tr ia l  co m m u n icatio n   p r o to co l  s u p p o r ted   b y   t h e  P L C   f ir m w ar e.   T h e  tr an s m i tted   v ar iab les  in c lu d e  ac t u ato r   s tat u s ,   o p er atin g   m o d e,   an d   c y cle   co u n t.  T h ese  d ata  ar e  v is u ali ze d   o n   th e  Hai w ell   L i n k   d as h b o ar d ,   allo w in g   i n s tr u cto r s   to   r e m o tel y   o b s er v e  s y s te m   ac ti v it y   d u r in g   lab o r ato r y   s ess io n s .   Fro m   an   ed u ca tio n al  p er s p ec tiv e,   I o T   in teg r atio n   allo w s   i n s tr u cto r s   to   m o n ito r   s tu d e n t   ac tiv it ies,   an al y ze   s y s te m   o p er atio n   lo g s ,   an d   ev alu ate  lear n in g   p r o g r ess   w it h o u t  d ir ec t  s u p er v is io n   o f   ea ch   w o r k s tatio n .   T h is   ca p ab ilit y   s u p p o r ts   d ata - d r iv en   lear n i n g   ass es s m en t  a n d   in tr o d u ce s   s tu d e n ts   to   th e  co n ce p t  o f   co n n ec ted   in d u s tr ial  s y s te m s   co m m o n l y   i m p le m e n ted   i n   m o d er n   I n d u s t r y   4 . 0   en v ir o n m en t s .       2 . 4 .     F un ct io na l t esting   Fu n ctio n al  te s ti n g   w a s   co n d u cted   to   v er if y   t h e  o p er atio n al  p er f o r m a n ce   o f   t h e  d ev elo p ed   P L C – HM I – I o T   p n eu m atic   tr ai n er   s y s te m .   T h e  p u r p o s e  o f   t h is   tes tin g   s tag e   w as  to   en s u r e  th at   a ll  co n tr o l  f u n ctio n s ,   ac tu ato r   o p er atio n s ,   an d   m o n ito r in g   f ea t u r es  o p er ated   co r r ec tly   u n d er   d if f er en t  o p er atin g   co n d it io n s .   T o   en s u r e  r ep r o d u cib ilit y   o f   t h e  e x p er i m e n t,  ea ch   test   s ce n ar io   w a s   r ep ea ted   ten   ti m es  u n d e r   id en tical  o p er atin g   co n d itio n s .   T h e  m ea s u r ed   p ar a m eter s   i n clu d e  ac t u ato r   r esp o n s e  ti m e,   s eq u e n ce   ex ec u tio n   d elay ,   HM I   d is p la y   laten c y ,   a n d   I o T   co m m u n icat io n   d ela y .   T h e  m ea s u r e m en t s   w er e  o b tain ed   u s i n g   s y s te m   ti m e  lo g g in g   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   a n   I o T - b a s ed   P LC - HMI   tr a in er fo r   …  ( C h a ir u l G a g a r in   I r ia n to )   1785   m an u al  o b s er v a tio n   o f   ac t u at o r   m o v e m e n t  s y n ch r o n ized   w ith   P L C   ex ec u tio n   c y cle s .   T h e  av er ag e  v a lu e  o f   ea ch   p ar a m eter   w as   ca lcu la ted   to   ev alu ate  s y s te m   s tab ilit y   a n d   o p er atio n al  co n s is t en c y .   T h e  o v er al l   f u n ctio n al  test i n g   p r o ce d u r e  i s   illu s tr ated   in   Fig u r e  4 .   T h e  t esti n g   p r o ce s s   b eg in s   b y   ac ti v atin g   in p u t  d ev ice s   s u c h   as  p u s h   b u tto n s   a n d   s e n s o r s   to   v er if y   t h at  t h e  P L C   c o r r ec tly   r ec ei v es  a n d   p r o ce s s es  th e  i n p u t  s i g n als.   T h e  P L C   p r o g r a m   th e n   e x ec u t es th e   co r r esp o n d in g   co n tr o l l o g ic  to   o p er ate  th e  p n eu m atic   ac tu ato r s   ac co r d in g   to   th e  p r ed ef in ed   s eq u en ce .   D u r in g   th e  te s ti n g   p r o ce s s ,   th e  s y s te m   s tat u s   an d   ac tu ato r   p o s itio n s   ar e  m o n i to r ed   th r o u g h   th e  HM I   in ter f ac e  to   c o n f ir m   t h at  th e  v is u aliza tio n   ac cu r atel y   r ef lec ts   th e  r ea l  o p er atin g   co n d itio n s   o f   th e  s y s te m .   I n   ad d itio n ,   s y s te m   o p er atio n   d at a  ar e  tr an s m itt ed   th r o u g h   t h e  P L C   E th er n et  in ter f ac e  to   th e  I o T   m o n ito r i n g   p lat f o r m ,   en ab lin g   r em o te  o b s er v atio n   o f   th e  tr ai n er   s y s te m   d u r i n g   lab o r ato r y   ac tiv itie s .   E ac h   test   s ce n ar io   w a s   r ep ea ted   s ev er al  ti m es  to   en s u r e  th e  r eliab ilit y   o f   th e  s y s te m .   T h e  r esp o n s e  ti m e  b et w ee n   co m m a n d   ac tiv atio n   an d   ac tu ato r   m o v e m e n t  w a s   r ec o r d ed ,   an d   th e  co m m u n icatio n   p er f o r m an ce   b et w ee n   th e   P L C   an d   th e  I o T   m o n ito r in g   p lat f o r m   w as  o b s er v ed   to   ev alu ate  d ata  tr an s m i s s io n   s tab ilit y   an d   co m m u n icatio n   d ela y .   T h e  tes tin g   r es u lts   w er e  an al y ze d   to   d eter m in e  w h et h er   t h e  s y s te m   o p er ated   ac co r d in g   to   th e  in ten d ed   d esig n   s p ec if icatio n s .   S u cc ess f u l  o p er atio n   w as  i n d icate d   b y   co r r ec t  ac tu ato r   s eq u en c in g ,   ac cu r ate  HM I   v is u aliza tio n ,   s tab le  I o T   d ata  tr an s m is s io n ,   an d   co n s is te n t  s y s te m   r esp o n s e  d u r in g   r ep ea ted   tr ials .             Fig u r e  4 .   Fu n c tio n al  te s ti n g   p r o ce d u r e  o f   th e  P L C – HM I – I o T   p n eu m atic  tr ai n er   s y s te m       2 . 5 .     E du ca t io na l e v a lua t io n   T h e  ed u ca tio n al  ef f ec ti v en e s s   o f   th e  d ev elo p ed   P L C – HM I – I o T   p n eu m atic  tr ain er   w as  ev alu a ted   th r o u g h   a  q u esti o n n a ir e  d is tr ib u ted   to   u n d er g r ad u ate  s t u d en ts   w h o   p ar ticip ated   in   th e  l ab o r ato r y   lear n in g   s ess io n .   A   to tal  o f   3 0   s tu d en ts   w er e  in v o l v ed   in   th e  ev al u ati o n   p r o ce s s .   T h e  q u esti o n n air e  w a s   d esig n ed   u s i n g   a  f iv e - p o in t  L i k er t  s ca le  co n s is ti n g   o f   s tr o n g l y   d is a g r e e,   d is ag r ee ,   n e u tr al,   ag r ee ,   an d   s t r o n g l y   a g r ee .   T h e   ev alu a tio n   f o cu s ed   o n   s t u d en t s ’   p er ce p tio n s   o f   t h e  tr ai n er   s y s te m   i n   ter m s   o f   lear n i n g   e f f ec tiv e n ess ,   ea s e  o f   o p er atio n ,   v is u aliza tio n   clar it y ,   an d   u n d er s tan d i n g   o f   p n e u m a tic  au to m atio n   co n ce p t s .   T h e  r es u lts   o f   th e   s tu d e n t  ev a lu atio n   ar e  p r esen t ed   in   Fi g u r e  5 .   T h e  m aj o r ity   o f   s t u d en t s   ex p r ess ed   p o s iti v e   r esp o n s es  to w ar d   th e  d ev elo p ed   tr ain er   s y s te m .   A p p r o x i m a tel y   4 7 %  o f   s t u d en ts   s tr o n g l y   a g r ee d   th at  th e   tr ain er   ef f ec tiv e l y   s u p p o r ts   lear n in g   ac tiv i ties ,   w h ile  3 3 %  ag r ee d   w ith   t h e  s tate m en t.  A   s m a ller   p o r tio n   o f   s tu d en ts   ( 1 3 %)  p r o v id ed   n eu tr al  r esp o n s es,  a n d   o n l y   a  s m a ll  p er ce n ta g e  i n d icate d   d is ag r ee m e n t.   T h ese  r esu lt s   i n d icate   t h at   th e  in te g r atio n   o f   P L C   co n t r o l,  HM I   v is u aliza tio n ,   an d   I o T   m o n ito r in g   p r o v id es  a  s u p p o r tiv e  lear n in g   en v ir o n m e n t  th a t  h elp s   s tu d e n ts   b etter   u n d er s tan d   th e  r elatio n s h ip   b et w ee n   co n tr o l  lo g ic,   s y s te m   m o n ito r in g ,   an d   p n eu m atic  ac t u ato r   o p er atio n .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 7 7 9 - 1794   1786       Fig u r e  5 .   Stu d en t e v al u atio n   r esu lt s   o f   t h e  d ev elo p ed   p n eu m atic  tr ain er   s y s te m       2 . 6 .     P neu m a t ic  lea rning   s ce na rio     T h e  im p le m e n tatio n   o f   th e  p n eu m a tic  lear n i n g   s ce n ar io s   i s   d esig n ed   to   s u p p o r t  s tep - by - s t ep   lear n in g   o b j ec tiv es  u s i n g   a  m o d u lar   P L C   p r o g r a m .   I n s tead   o f   cr ea ti n g   s ep ar ate  p r o g r am s   f o r   ea c h   p r ac tical  ex er cise,   all  s ce n ar io s   ar e  in teg r ated   in t o   a  s in g le  co n tr o l  s tr u ct u r e,   w i th   s ce n ar io   s elec tio n   p er f o r m e d   th r o u g h   th e  HM I   in ter f ac e.   T h is   ap p r o ac h   r ed u c es  s o f t w ar e  co m p le x it y   w h ile   m ai n tai n in g   lear n i n g   f lex ib il it y   i n   a n   ed u ca t io n al  co n tex t.   Op er atio n al  te s ti n g   o f   th e  s y s te m   w as  co n d u cte d   o n   th e  I o T - b ased   P L C – HM I   tr ain er   f o r   t w o - c y li n d er   p n eu m atic   co n tr o l,  b ased   o n   t h e  ti m i n g   d iag r a m s   s h o w n   in   Fi g u r e  6 .   T h e  P L C   f u n ctio n s   as   th e  m ai n   co n tr o ller   ex ec u tin g   th e  lad d er   p r o g r am   to   m a n a g e  t h e  s eq u en ce   o f   m o v e m en t s   o f   c y l in d er s   A   an d   B ,   w h ile   th e  HM I   is   u s ed   as  th e  in ter f ac e  f o r   s elec tin g   m an u al  an d   au to m at ic  m o d es  as  w ell  as  m o n ito r i n g   ac t u ato r   s tatu s   i n   r ea l - ti m e.   I n   m a n u al  m o d e,   t h e  s y s te m   w a s   tes ted   u s i n g   t h e  m o v e m e n t  s ce n ar io s   A + A+   an d   A+ A – B +B –   as  s h o w n   in   Fi g u r es  6 ( a)   an d   ( b ) .   Su b s eq u e n tl y ,   i n   a u to m at ic  m o d e,   test i n g   w a s   c ar r ied   o u t  b ased   o n   th e  s eq u en tial  o r d er s   A +B +B – A – ,   A +B +( B – A – ) ,   an d   B +A +B – A –   as  s h o w n   i n   F ig u r es   6 ( c)   to   ( e) .   A ll   in p u t/o u tp u t  s tat u s e s   an d   c y li n d er   m o v e m e n t  s eq u en ce s   ar e  d is p la y ed   o n   th e  HM I   an d   tr an s m itted   t h r o u g h   th e  I o T   p latf o r m   f o r   r e m o te  m o n ito r in g .             ( a)   ( b )   ( c)             ( d )   ( e)     F ig u r e   6 .   Pn eu m a ti c   cy l in d e r   m o v em en t   s c en a r i o s   in   m an u a l  a n d   au t o m a ti c   m o d e s :   ( a )   A +A - ,   ( b )   A +A - B + B - ,  ( c )   A + B + B - A - ,   ( d )   A + B + ( B - A - ) ,   ( e )   B +A + B - A -     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   a n   I o T - b a s ed   P LC - HMI   tr a in er fo r   …  ( C h a ir u l G a g a r in   I r ia n to )   1787   T o   ev alu ate  t h e  s y s te m   p er f o r m an ce   an d   s u p p o r t  lear n i n g   o f   p n eu m atic   co n tr o l  b ased   o n   P L C ,   HM I ,   an d   I o T ,   s ev er al  c y li n d er   m o v e m en t  s ce n ar io s   w er e  d e v elo p ed ,   r ef er r in g   to   th e  ti m in g   d ia g r a m s   i n   Fi g u r e  7 .  E ac h   s ce n ar io   is   d esi g n ed   to   r ep r esen t  m a n u al  a n d   au to m ati c  m o d es  w it h   d if f er e n t  lear n i n g   f o c u s e s ,   r an g in g   f r o m   m aster i n g   b asic  co n tr o l  to   u n d er s ta n d in g   s eq u e n tial  l o g ic  an d   s y s te m   in teg r atio n .   T h ese  s ce n ar io s   ar e   s u m m ar ized   in   T ab le  3 .           Fig u r e  7 .   Har d w ar e  i m p le m en tatio n         T ab le  3 .   P n eu m a tic  c y li n d er   m o v e m e n t sce n ar io s     S c e n a r i o   M o d e   C y l i n d e r   mo t i o n   se q u e n c e   L e a r n i n g   f o c u s   a   M a n u a l   A + A -   B a si c   a c t u a t o r   c o n t r o l   a n d   P L C   I / O   u n d e r st a n d i n g   b    M a n u a l   A + A - B + B -   M a n u a l   se q u e n c i n g   o f   m u l t i   c y l i n d e r   sy st e m   c   A u t o mat i c   A + B + B - A -   S e q u e n t i a l   l o g i c   i n   a u t o ma t i c   c o n t r o l   d   A u t o mat i c   A + B + ( B - A - )   I n t e r l o c k i n g   a n d   mo t i o n   sy n c h r o n i z a t i o n   e   A u t o mat i c   B + A + B - A -   F l e x i b l e   se q u e n c i n g   a n d   P L C   p r o g r a mm i n g       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N    T h is   s ec tio n   p r ese n ts   t h e  i m p l e m en tatio n   r es u lt s   an d   p er f o r m an ce   e v al u atio n   o f   t h e  d ev el o p ed   I o T - b ased   P L C   a n d   HM I   tr ai n e r   d esig n ed   f o r   p n e u m atic  c o n tr o l  s y s te m   lear n in g .   T h e   d ev elo p ed   s y s te m   in te g r ates  th e  P L C   co n tr o l  u n i t,  HM I   v is u aliza tio n   i n ter f ac e,   an d   p n eu m a tic  tr ain i n g   p an e l,  en ab lin g   r ea l - ti m e   s y s te m   m o n i to r in g ,   ac tu ato r   co n tr o l,  an d   d ata  co m m u n icati o n   th r o u g h   t h e  I o T   in ter f ac e.   E x p er i m e n tal  test i n g   w a s   co n d u cted   to   ev a lu ate  th e   f u n ctio n ali t y ,   r eliab ilit y ,   an d   o p er atio n al  p er f o r m an ce   o f   th e  p r o p o s ed   tr ain er   s y s te m .   T h e  te s ti n g   r esu lts   wer e  an al y ze d   to   v er if y   t h e  co r r ec t  ex ec u tio n   o f   p n eu m at ic  co n tr o l  s eq u e n ce s ,   s y s te m   r esp o n s iv e n es s ,   an d   co m m u n icatio n   p er f o r m a n ce .   I n   ad d itio n ,   th e  ef f ec ti v e n es s   o f   th e  tr ain er   as  a   p r ac tical  lear n in g   m ed iu m   f o r   in d u s tr ial  au to m atio n   an d   m ec h atr o n ics ed u ca tio n   i s   ev a lu at ed   th r o u g h   s t u d en t - b ased   lear n in g   as s ess m e n t s .   T h e  o b tain ed   r esu lts   ar e  f u r t h er   d is cu s s ed   b y   r elat in g   t h e m   to   p r ev io u s   s t u d ies   an d   ex is ti n g   tr ain i n g   s y s te m s   in   o r d er   to   h ig h li g h t  t h e  co n tr ib u tio n   o f   th e  p r o p o s ed   t r ain er   in   i m p r o v i n g   h an d s - o n   lear n i n g   e x p er ien ce s   an d   th e  in teg r atio n   o f   P L C - b a s ed   co n tr o l s y s te m s   w it h   I o T   t ec h n o lo g ies.     3 . 1 .     H a rdwa re   i m ple m ent a t io n    T h e  h ar d w ar e  d esig n   o f   th e  p r o p o s ed   tr ain er   k it  w as  d ev elo p ed   t o   s u p p o r t   lear n in g   ac tiv itie s   in   p n eu m atic  co n tr o l,  P L C   p r o g r a m m in g ,   a n d   u n d er s tan d i n g   o f   s y s te m   i n te g r atio n .   T h e  s el ec tio n   o f   h ar d w ar e  co m p o n e n t s   e m p h asize s   ed u ca tio n al  s u itab ilit y ,   m o d u lar it y ,   s af et y   as p ec t s ,   an d   ea s e  o f   u s e,   r ath er   th a n   th e   p er f o r m a n ce   r eq u ir e m e n ts   o f   lar g e - s ca le  i n d u s tr ial  s y s te m s .   Su c h   d esi g n   co n s id er ati o n s   ar e  co m m o n l y   ap p lied   in   au to m atio n   tr ain er   s y s te m s   to   ac h iev e  o p ti m al  lear n in g   o u tco m es  [ 2 2 ] .   T h e  m ai n   co m p o n e n t  o f   t h e  t r ain er   k it  is   t h e  Hai w el l  P L C ,   w h ich   f u n ctio n s   as  t h e  ce n tr al  co n tr o l  u n i t.  T h is   P L C   i s   eq u ip p ed   w it h   a   s u f f icie n t  n u m b er   o f   d ig ital  in p u t  a n d   o u tp u t   ch a n n els  to   s u p p o r t  b asic   p n eu m atic  co n tr o l  ex p er i m e n ts ,   s u c h   as  s eq u e n tial  co n tr o l  an d   s en s o r - b ased   in ter l o ck in g .   P L C - b ase d   h ar d w ar e  p lat f o r m s   ar e  w id e l y   u s ed   in   ed u ca tio n al  lab o r ato r ies  b ec au s e  t h e y   ca n   r ep r esen t  r ea l  co n tr o l   s y s te m s   w h ile  r e m ai n i n g   ea s y   f o r   s tu d e n ts   to   lear n   [ 2 3 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 7 7 9 - 1794   1788   A   Hai w ell  HM I   is   in te g r ated   to   p r o v id e  lo ca l   v is u a lizatio n   a n d   in ter ac tio n   w it h   th e  s y s te m .   T h r o u g h   th e  HM I ,   s tu d e n ts   ca n   m o n ito r   s y s te m   co n d itio n s ,   s u c h   a s   s en s o r   s ta tu s   a n d   ac tu ato r   p o s i tio n s ,   a n d   o p er ate  th e  tr ain er   in   b o th   m an u al  an d   au to m atic  m o d es.  T h e  u s e  o f   HM I   in   ed u ca tio n a l  tr ain er s   h as  b ee n   p r o v en   to   en h a n ce   s t u d en ts ’   u n d er s ta n d in g   o f   s y s te m   m o n ito r in g   co n c ep ts   an d   co n tr o l in ter f ac es   [ 2 4 ] .   T h e  p n eu m atic  s u b s y s te m   co n s i s ts   o f   p n eu m atic  c y lin d er s ,   s o len o id   v alv es,  an   air   s u p p ly   u n i t,  an d   p o s itio n   s en s o r s .   Do u b le - ac ti n g   c y li n d er s   ar e  u s ed   to   d e m o n s tr ate  t w o - w a y   m o tio n   co n tr o l,  w h i le  th e   s o len o id   v alv e s   ar e  d ir ec tly   c o n tr o lled   b y   P L C   o u tp u t  s ig n als.  P o s itio n   s en s o r s   ar e  in s t alled   to   d etec t  th e  ac tu ato r   s tat u s   a n d   p r o v id e  f e ed b ac k   to   th e  P L C .   T h e  u s e  o f   r ea l  p n eu m atic  co m p o n en t s   allo w s   s tu d e n ts   to   d ir ec tl y   o b s er v e  th e  p h y s ical   r esp o n s e  o f   th e  s y s te m ,   wh ich   i s   ess e n tial  f o r   lear n i n g   th e  p r in cip les  o f   p n eu m atic  co n tr o l  [ 2 5 ] .   T o   s u p p o r t  I o T - b ased   m o n i t o r in g   i n   a n   ed u ca tio n al  co n tex t,  t h e  tr ai n er   k it  i s   eq u i p p ed   w ith   co m m u n icatio n   in ter f ac e  m o d u les,  s u c h   as  E t h er n e t  o r   W i - Fi,  co n n ec ted   to   t h e  P L C .   T h ese  m o d u le s   en ab le   th e  tr an s m i s s io n   o f   s elec ted   s y s te m   v ar iab les  to   an   I o T   p latf o r m   f o r   r e m o t e  o b s er v at io n .   I n   ed u ca tio n al   ap p licatio n s ,   th e  co m m u n icati o n   m o d u le  is   m o r e  f o cu s ed   o n   s y s te m   v is u aliza t io n   an d   lear n in g   ass e s s m e n t   r ath er   th a n   p er f o r m a n ce   o p ti m izatio n   [ 2 6 ] .   A ll  h ar d w ar e  co m p o n e n ts   ar e  m o u n ted   o n   th e  tr ain er   p an el  u s in g   clea r l y   lab eled   ter m i n als  an d   co n n ec to r s   to   en s u r e  s a f et y   a n d   ea s e  o f   o p er atio n .   T h e  m o d u lar   la y o u t  allo w s   r ec o n f ig u r a tio n   o f   co m p o n e n ts   ac co r d in g   to   th e  p r ac tical  ex er cise  o b j ec tiv es.  T h is   d esig n   a p p r o ac h   is   r ec o m m e n d ed   f o r   ed u ca tio n al  tr ain er s   as it p r o m o te s   f l e x ib ilit y   a n d   h an d s - o n   lear n i n g   [ 2 7 ] .   A ll in s t alled   co m p o n e n t s   ar e  s h o w n   i n   Fi g u r e  7 .     3 . 2 .     P L C  a nd   H M I   s o f t w a re   i m ple m e nta t io n    T h e  s o f t w ar e  d esi g n   o f   t h e  p r o p o s ed   tr ain er   k it  is   d e v elo p ed   to   s u p p o r t  s tep - by - s tep   lear n in g   i n   P L C   p r o g r am m i n g ,   HM I   o p er atio n ,   an d   u n d er s ta n d i n g   o f   p n e u m atic  co n tr o l  p r in cip les.  T h e  s o f t w ar e  ar ch itec tu r e   e m p h a s izes  s i m p licit y ,   m o d u lar it y ,   an d   clar it y   to   s u it  t h e  ed u ca tio n al  en v ir o n m en t.  E d u ca tio n al  co n tr o l  s y s te m s   g e n er all y   ad o p t stru ct u r ed   s o f t w ar e  d esi g n   to   f ac ilit ate  g r ad u al  lear n i n g   an d   ex p er i m e n tal  ac ti v itie s .   T h e   PL C   s o f tw ar e   i s   d ev e l o p ed   u s in g   t h e   L D   a p p r o a c h ,   w h i ch   i s   w i d ely   u s e d   i n   en g in e e r in g   e d u c a t i o n   d u e   t o   it s   in tu i tiv e   r e p r e s e n t a tio n   o f   r e l ay   l o g ic   an d   s e q u en ti al   c o n t r o l .   T h e   PL C   p r o g r am   is   d i v i d e d   i n t o   s ev e r al   f u n c t i o n al   b l o ck s ,   in c lu d in g   in p u t   p r o c es s in g ,   s e q u en ti a l   c o n t r o l   l o g i c ,   a c tu a t o r   c o n t r o l ,   an d   s af e ty   i n t e r l o ck s .   M o d u l a r   P L C   p r o g r am m in g   h as   b e en   s h o w n   t o   en h an c e  s t u d en ts ’   u n d e r s ta n d i n g   o f   c o n t r o l   lo g i c   a s   w e ll   as   th ei r   a b i l i ty   t o   an a ly z e  s y s t em   f au l ts   [ 2 8 ] .   T w o   m a in   o p e r a ti n g   m o d e s   a r e   im p l em en t e d   in   th e   P L C   p r o g r am ,   n am e ly   m an u a l   m o d e   a n d   au t o m at i c   m o d e .   I n   m an u a l   m o d e ,   s tu d e n ts   c an   d i r e c t ly   c o n t r o l   th e   p n eu m a t ic   a c tu a t o r s   t h r o u g h   c o m m an d s   f r o m   th e   H M I   t o   u n d e r s t an d   th e   r el a t io n s h i p   b etw e en   c o n t r o l   s ig n al s   an d   th e   p h y s ic a l  m o v em en t   o f   a c tu a t o r s .   I n   au to m a ti c   m o d e ,   t h e   s y s t em   ex e cu t es   p r e d ef in e d   w o r k   s e q u en ce s   b a s e d   o n   s en s o r   f e e d b a ck ,   a ll o w in g   s tu d en ts   t o   l e a r n   s e q u e n t i al   c o n t r o l   an d   in te r l o c k   m e ch an is m s .   T h e   im p lem en t at i o n   o f   th es e  tw o   o p e r a t in g   m o d e s   is   a   c o m m o n   p e d a g o g ic a l   s t r a te g y   u s e d   i n   au t o m at i o n   t r a in e r   s y s t em s .     A   k e y   ed u ca tio n al  i n n o v atio n   in   t h i s   s t u d y   is   t h e  i m p le m e n tatio n   o f   a  s i n g le   m o d u lar   P L C   co n tr o l  p r o g r am   ca p ab le  o f   h a n d lin g   m u l tip le  p n eu m atic  lear n in g   s ce n ar io s .   I n   co n v e n tio n al  tr ain er   s y s te m s ,   ea ch   ex p er i m e n t  t y p icall y   r eq u ir es  a  s ep ar ate  P L C   p r o g r am ,   w h ic h   in cr ea s e s   p r o g r am m i n g   r ed u n d an c y   a n d   d is r u p ts   lear n i n g   co n t in u it y .   B y   co n tr ast,  th e  p r o p o s ed   u n if ie d   co n tr o l  s tr u ctu r e  allo w s   s ce n ar io   s w i tch i n g   v ia   HM I   w it h o u t  r e w r iti n g   th e  P L C   p r o g r a m .   T h is   ap p r o ac h   p r o v id es  s ev er al  co n cr ete  ed u c atio n al  ad v a n tag e s :   ( i)   s tu d e n ts   ca n   a n al y ze   lo g i c  v ar ia tio n s   w i th i n   o n e  s tr u ct u r ed   p r o g r a m ,   ( ii)  d eb u g g i n g   an d   f au l t  a n al y s is   b ec o m e  m o r e  s y s te m atic ,   ( ii i)   l ea r n in g   p r o g r es s io n   f r o m   m a n u al   to   au to m atic  m o d e  b ec o m es  co n ti n u o u s ,   a n d   ( iv )   r ed u ce d   co g n iti v e  lo ad   co m p ar ed   to   m u lti - p r o g r a m   ap p r o ac h es.   T h is   m o d u lar   p r o g r a m m in g   s tr ateg y   e n h an ce s   co n ce p t u al  clar it y   a n d   s u p p o r ts   h i g h er - o r d er   u n d er s ta n d in g   o f   co n tr o l  s y s t e m   ar ch itect u r e.   A   r ep r esen ta tiv e  ex a m p le  o f   th e  P L C   p r o g r a m   is   p r esen ted   to   illu s tr ate  t h e  co n tr o l  lo g ic  o f   t h e  p r o p o s ed   s y s te m   in   Fi g u r e  8 .   T h e  HM I   s o f t w ar e  i s   d esi g n ed   to   p r o v id e  clea r   s y s te m   co n d it io n   v i s u a lizatio n   an d   u s er   in ter ac tio n .   T h e  HM I   in ter f ac e  d is p la y s   r ea l - ti m e  i n f o r m atio n   s u c h   as   s en s o r   s tat u s ,   ac t u ato r   p o s itio n s ,   a n d   th e   s y s te m   o p er atin g   m o d e.   I n   ad d itio n ,   co n tr o l  b u t to n s   f o r   s tar t,  s to p ,   an d   m o d e  s elec tio n   ar e  p r o v id ed ,   alo n g   w i th   a n   alar m   d i s p la y .   Vis u aliza t io n   t h r o u g h   t h e   HM I   in ter f ac e  ca n   en h a n ce   s t u d en t s ’   u n d er s ta n d i n g   o f   s y s te m   b eh a v io r   an d   s u p p o r t   in ter ac tiv e  lear n i n g .   A   r ep r esen tati v e  HM I   in ter f ac e  i s   p r esen ted   to   ill u s t r ate  th e  m o n ito r in g   an d   co n tr o l  f u n ctio n s   i m p le m e n ted   in   t h e  p r o p o s ed   s y s te m   in   Fi g u r e  9 .    I n   ad d itio n   to   co n tr o l  an d   v i s u aliza tio n   f u n ctio n s ,   t h e  s o f t w ar e  d esi g n   also   in teg r ate s   b asic  d ata   co m m u n icatio n   f u n ctio n alit y   to   s u p p o r t  I o T - b ased   m o n ito r in g   i n   an   ed u ca tio n al  co n te x t.  C er tai n   s y s te m   v ar iab les,  s u c h   as  c y cle  co u n t   an d   ac tu ato r   s tatu s ,   ar e  tr an s m itted   to   an   ex ter n al  m o n ito r in g   p lat f o r m .   T h is   f ea t u r e  en ab les  i n s tr u cto r s   an d   s tu d en t s   to   o b s er v e  th e  s y s te m   r e m o tel y   a n d   s u p p o r ts   le ar n in g   as s es s m e n t.   Th e  I o T - b ased   m o n ito r in g   i n ter f ac e  o f   t h e  p r o p o s ed   s y s te m   is   ill u s tr ated   in   Fi g u r e  10 .   I n   ed u ca tio n al  ap p licatio n s ,   th e  I o T   f u n ct io n alit y   is   m o r e  f o cu s ed   o n   v i s u aliza tio n   a n d   m o n i to r in g   r ath er   th a n   r ea l - ti m e   co n tr o l o p tim izatio n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.